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摘 要近年来，虽然许多国家都投入大量资金人力研究电动汽车，但目前为止变速器和其它一些关键性技术还没有取得有效地突破，变速器的续驶里程和充电时间大大制约了电动汽车的发展和普及。因此，在变速器问题解决之前，如何合理地选择这些部件及有关参数，使匹配达到最优，在相同变速器条件下，更好地满足动力性要求和最大地增加续驶里程，一直是研究者们追求的目标，也是本论文研究的主要目的。随着科学技术的进步，汽车工业得到了迅速发展，而人类对舒适性的更高追求，使得自动变速器的发展更加深入。本文通过对行星齿轮传动变速器的研究和阐述，计算了每个行星排传动比的表达式。通过此次设计，我们可以了解到该变速器的基本结构：即换挡执行元件（2个离合器和3个制动器）与行星排以适当方式连接组成，得到5个前进档和1个倒档。采用该机构的汽车自动变速器，结构简单紧凑、档位数多、传动效率高、换档平稳、操纵性能好。关键词：机械工程、变速器、行星齿轮传动ABSTRACTAlthough in recent years, many countries have invested heavily in human research electric cars, but so far the transmission and other key technology has not been effectively breakthrough, travel distance transmission and charging time greatly restrict the development of electric vehicles and popularity. Before transmission problems, therefore, how to reasonably select these components and related parameters, to match the optimal, under the condition of the same transmission, to better meet the performance requirements and the travel distance increased, the earth has been the target of the researchers, is also the main purpose of this thesis.With the progress of science and technology, the automotive industry got rapid development, and the human the higher pursuit of comfort, make the development of automatic transmission more deeply. In this paper, based on the research of the planetary gear transmission, and calculated the expression of each row ratio. Through this design, we can learn the basic structure of the transmission: namely shift actuators (2 3 clutch and brake) and planetary line connection in the proper manner, get five forward gears and one reverse gear. Using the automobile automatic transmission, simple and compact structure, the gear number, high transmission efficiency, smooth shift, good control performance.Keywords : mechanical engineering , transmission , epicycle gear transmission.目 录摘 要1ABSTRACT2目 录4第一章 绪 论71.1 引言71.2 混合动力汽车概述71.3 混合动力汽车国内外研究发展现状81.3.1 日本混合动力/电动汽车发展概况91.3.2 美国混合动力/电动汽车发展概况101.3.3 欧洲混合动力/电动汽车发展概况111.3.4 国内发展概况121.4 混合动力汽车原理131.4.1混合动力汽车原理131.5 汽车传动系统的发展历程141.6 行星齿轮的发展与研究15第二章 传动系统的概述及其方案的确定172.1 行星齿轮变速器的原理和功用172.2 行星齿轮机构的简介172.3 换档执行机构的简介172.4 行星齿轮变速器的基本工作原理18第三章 行星齿轮变速器传动比的确定203.1 行星齿轮变速器传动比方案的确定203.2 传动比计算21第四章 行星排的设计244.1 K1行星排的设计244.1.1 齿数选择：244.1.2 材料选择及热处理方法：244.1.3 齿轮2-3按接触强度计算：244.1.4 K1传动系主要尺寸：254.1.5 验算K1行星传动排的接触强度254.1.6 齿轮抗弯强度校核264.2 K2行星排的设计264.2.1 齿数选择：264.2.2 材料选择及热处理方式：264.2.3 ac齿轮按接触强度初步计算264.2.4 验算a-c齿轮传动的接触强度：274.2.5 齿轮抗弯强度校核284.2.6 b-c齿轮传动的接触强度和抗弯强度的校核284.3 K3行星排的设计284.4 太阳轮、行星轮和行星架的结构设计294.4.1 太阳轮的结构：294.4.2 行星轮及行星架的结构：29第五章 轴和轴承的设计315.1 轴的设计及检验315.2 轴承校核34第六章 离合器与制动器的设计356.1 离合器的设计356.2 制动器的设计36第七章 主要零件的工艺设计387.1 太阳轮和行星轮的加工工艺387.1.1 工艺过程：387.1.2 关键工序分析：387.2 内齿圈加工工艺387.2.1 工艺工程：387.2.2 工艺分析：38第八章 辅助系统设计408.1 控制系统设计408.2 润滑系统设计40结 论42参考资料43致 谢45第一章 绪 论1.1 引言混合动力汽车应是我国电动汽车产业化的突破口据中国汽车报报道，根据“十五”国家863计划电动汽车重大专项的目标定位和技术路线，结合我国汽车工业的发展现状，一些专家认为，混合动力电动汽车应成为我国电动汽车发展的重点和方向，并有希望率先取得产业化突破。从我国电动车技术来看，目前已从实验室开发试验阶段过渡到商品性试生产阶段，我国电动汽车研制开发基本上与国外同行处于同一起跑线上，技术水平与产业化的差距比较小，目前已有一定基础。在上世纪90年代中期已推出电动汽车样车，电动轿车概念车、燃料电池中型客车已经问世。现在世界上的电动汽车主要分成纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池汽车三种，专家认为选择混合动力电动汽车作为现阶段我国电动汽车产业化的突破口，符合我国汽车工业的发展要求。原因一是混合动力电动汽车承接了传统汽车的技术，有利于对传统汽车工业的改造；二是有利于降低制造成本和有利于实现产业化。1.2 混合动力汽车概述1881年就出现了电动汽车，它比内燃机汽车还早一些。但内燃机汽车后来居上，在性能、机动性、车辆的重量等指标远远地超过了电动汽车。电动汽车在20世纪20年代达到了鼎盛时期后就一蹶不振，成为“电瓶车”式的辅助车辆。在20世纪初蒸汽汽车、电动汽车、和内燃机汽车基本是三足鼎立，在汽车保有量中，蒸汽汽车占40，电动汽车38，而内燃机汽车仅占22，美国是最早使用电动汽车作为运输车辆的国家之一，1915年美国电动汽车的产量曾经达到过年产5000辆的最高峰。有很多电动汽车一直到第二次世界大战期间仍在使用。但到20世纪60年代电动汽车的保有量仅占汽车总量的2。随着现代水利发电、核能发电、风力发电和太阳能的利用，为人们提供了巨大的能源。因此，各国和各大汽车公司都重视了电动汽车的研究、开发和试制，从20世纪70年代起，新一代电动汽车脱颖而出，出现了各种各样高性能的电动汽车。混合动力表示有多种动力参与汽车驱动，一般指燃油发动机和电机这两种动力。混合动力电动汽车是电动汽车研制中的后起之秀，却在纯电动汽车之前成功实现了产业化。它综合了传统汽车引擎驱动电机驱动的优点，既能充分发挥燃料发动机持续工作时间长、动力性能好，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处。并且，混合动力汽车可以在运行过程中维持电量的均衡，不像纯电动汽车要配备专用的充电器等配套设备。混合动力电动汽车，其动力系统包括内燃机和电池组，兼备了内燃机汽车和电动汽车优点,按内燃机与电动机的连接方法可分为并联式、串联式和混联式。它将内燃机、电动机与一定容量的储能器件通过控制系统相结合，电动机可补充提供车辆起步、加速时所需转矩，又可以存储吸收内燃机富余功率和车辆制动能量，从而可大幅度降低油耗，减少污染物排放。混合动力汽车虽然没有实现零排放，但其动力性、经济性和排放等综合指标能满足当前苛刻要求，可缓解汽车需求与环境污染及石油短缺的矛盾。与传统内燃机汽车相比，主要优点是采用了高功率的能量储存装置（飞轮、超级电容器或蓄电池）向汽车提供瞬时能量，可以提高效率、节省能源、降低排放，经济性和排放性明显改善，技术经济可行性较强。较之纯电动汽车，其主要优点：续使里程和动力性可达到内燃机汽车的水平；空调、真空助力、转向助力及其它辅助电器，借助原动机动力，无需消耗电池组有限电能，从而保证了乘坐的舒适性；而且混合动力汽车技术难度相对较小，成本相对较低。混合动力汽车介于传统汽车和动力汽车、燃料电池汽车之间，是一种承前启后的，在经济和技术方面都趋于成熟的电动汽车产品4。1.3 混合动力汽车国内外研究发展现状混合动力汽车通过内燃机和发动机的有机结合，具备了内燃机汽车加油方便、续使里程长和纯电动汽车污染少、效率高的特点，成为当今世界汽车界竞相开发的热点。丰田的Prius、本田的Insight、福特的Prodigy、克莱斯勒的ESX3、通用的Precept141、日产的Tino1151等都具有代表性的车型，其中Prius和Insight已是成熟的产品，并将继续扩大生产规模，其它车型也将在23年推向市场5。我国也非常重视混合动力电动汽车的研制和开发，一些单位已进行了一些初步的工作，并取得了一定的成绩，国家科技部已将其做为“十五”863 重大专项内容。1.3.1 日本混合动力/电动汽车发展概况日本汽车保有量占全球第二位，由于人口密集，国土狭小，石油100依赖进口。因此，日本对EVHEV的研发十分重视。日本从1965年开始电动车的研制、通产省正式把电动车列入国家项目，1967年成立了日本电动车协会，促进了电动车事业的发展，1971年日本通产省就制定了电动汽车的开发计划，1991年日本通产省又制定了“第三届电动汽车普及计划”，提出到2000年日本电动汽车的年产量达到10万辆，保有量达到20万辆。2001年7月，日本开展了“低公害车开发普及行动”，将EVHEV列为重点开发的低公害汽车之列，并制定了专门的政策，以促进EVHEV的普及应用；2002年提出从2005年开始大幅度限制尾气排放，制定了新长期排放限制的标准，准备用于2005年以后销售新车的一项排放法规；2002年2月26日，日本中央环境审议会大气环境领域的一个专门委员会（环境大臣的咨询机构）提出了一份将要纳入这项法规的尾气排放标准的咨询提案。这项提案的内容包括将颗粒状物质（PM）含量比现行标准的要求最大削减85%，将氮氧化物（NOX）削减50%等一些内容，该法规的实施将进一步推动EVHEV的发展。按照目前的发展速度，预计在2010年将达到210万辆。丰田是全世界第一台正式批量生产的混合动力车的制造者，自从1997年开始，Prius就开始在日本销售，2000年起便在北美、欧洲及世界各地公开发售。目前，Prius已经在中国上市。到了2001年，丰田又在日本推出了Estima混合动力小货车、使用弱混合动力的皇冠豪华小轿车和Dyna混合动力轻型货车。丰田商业化的车型已经达到5款。为了在实现低排放的前提下，提高车辆的动力性，在2003年，丰田汽车把新一代的混合动力系统Hybrid Synergy Drive引入到了第二代的Prius上面。在2005年，他把这套系统的使用范围扩展到了对动力性能要求更高的SUV车型上雷克萨斯的RX400h（日本名为Harrier Hybrid）和Highlander Hybrid（日本名为Kluger Hybrid）。本田公司在混合动力车方面也颇有建树， 1999年推出“INSIGHT”，2001年推出“CIVIC”。本田还在混合动力车的开发上，通过研究新型发动机、镍氢蓄电池等追求动力高效化；通过开发新型轻质铝车身、树脂油箱等谋求车辆的轻型化，使汽车达到每公升汽油可行驶35公里的世界最高水平，并且使汽车尾气排放达到世界最严格要求的标准。1.3.2 美国混合动力/电动汽车发展概况汽车工业是美国的支柱产业，给美国带来了繁荣昌盛，但同时也带来了能源危机、环节污染以及资源的浪费。美国近年来几乎要从国外进口全国消耗量一半以上的石油。为了避免受到石油危机的冲击，美国十分重视对混合动力汽车的研究和开发。1976年卡特总统签署EV/HEV研究开发和示范法案，授权美国能源部执行和管理EV/HEV研究计划，但是直到九十年代初电动车的研究在美国才真正开始。1990年10月布什总统签署清洁空气法严格规定了汽车排放的标准，同月加州政府也有了新的规定，即要求汽车制造商在加州销售的车辆中百分之二必须是零排放车辆，而当时只有纯电动汽车才可能达到零排放车辆的要求。1991年美国通用汽车公司、福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司共同协议，成立了先进电池联合体(USABC)，共同研究开发新一代电动汽车所需要的高能电池。1991年10月USABC与美国能源部签订协议，在1991-1995年的四年间投资2.26亿美元来资助电动汽车用高能电池的研究。1993年，美国克林顿政府推出了新一代汽车伙伴计划即PNGV，要求联邦政府部门从1993到1995年度大量购买包括EV/HEV的替代燃油车。PNGV制订了10年开发计划，目标是80mpg(约3L/100km)的低油耗汽车。2002年1月9日，10年计划尚未结束，美国能源部部长斯潘塞阿伯拉罕在各大汽车公司首脑参加的会议上宣布，根据总统布什的国家能源计划，降低美国对进口石油依赖性，决定成立一个新的汽车研究项目，叫做自由车(Freedom CAR)，该项目的长期目标是高效、价廉、无污染。研究先进、高效的燃料电池技术，用氢燃料作动力，不产生任何污染。改项目继续对电动汽车进行专项研究，但是重点是发展氢燃料电池电动车。按照PNGV的时间表，在1999年以前为浓缩并集中技术目标阶段，19992001为生产概念车阶段，20012005年为生产性样车阶段。在2000年底特律国际汽车展上福特和通用汽车公司展示了其柴油复合动力概念车，同年2月22日，戴姆勒克莱斯勒在华盛顿国家博物馆公布了其PNGV复合动力概念车。PNGV计划在2002年被终止，原因是80MPG的目标很高，而研制的新车在成本上并未取得很好的成果，不能满足用户在价格上的要求，也就是说，在短时期内不具有市场价值。更重要的是，PNGV仍然局限于用石油作为基本能源。因此要求新项目在这方面有新的突破，将着眼于新一代汽车能源，而不囿于现有技术和当前燃料资源。但是PNGV起到了全球EV/HEV技术开发领头人的作用，从其建立和执行情况来看，新一代汽车已经成为跨国汽车公司和工业国家战略发展的重要内容。1.3.3 欧洲混合动力/电动汽车发展概况(1)法国 法国是一个缺少石油的国家，每年要从国外进口大量石油。因此，法国是全世界最积极研制和推广电动汽车的国家之一。法国电力供应充沛且多用核能发电和水力发电，发电源干净且电价便宜，汽车工业发达。法国政府鼓励开发电动汽车和充分利用电力资源，在政策上给予支持，为开发电动汽车提供资助。法国政府、法国电力公司、标致雪铁龙汽车公司和雷诺汽车公司共同承担开发和推广电动汽车的协议，共同合资组建了电动汽车的电池公司，和萨夫特(SAFT)公司承担电动汽车的高能电池的研究和开发，以及电池的租赁和维修等工作。1990年法国标致雪铁龙汽车公司所开发的J-5和C-25电动货车投入生产。1995年法国能源部、标致雪铁龙汽车公司开发了标致106和SAXO型四座电动轿车，用雪铁龙AX型轿车改装的电动轿车，雷诺汽车公司的Clio型四座电动轿车及其变型车等，并投放在罗切里市进行试验。1997年法国的电动汽车产量达到2000辆左右。不仅如此，法国非常鼓励使用混合动力汽车，使法国混合动力汽车的发展位居世界前列。四年前法国政府电力公司与汽车制造商签订了协议，使全国电动汽车保有量达到10万台，在20个城市推广混合动力汽车。法国已有十几个城市运行电动汽车且有比较完善的充电站等服务设施，政府机关带头使用混合动力汽车。法国政府为了鼓励用户使用混合动力汽车，还宣布企业购买混合动力汽车第一年可以免税。法国电力公司向电动汽车生产厂家每生产一辆电动汽车提供1万法郎的补助，以扩大电力使用范围。目前，法国混合动力汽车的普及程度和保有量都位居世界前列。(2)德国 德国政府十分重视环节保护，投入了大量的资金用于EV的研发，1971年成立了城市电动车交通公司(GES)，积极组织EV的研究与开发。1991年在拜尔州投入了300辆EV进行运行。拜尔州还拨400万马克，用于资助用户车价的30%购买电动汽车。另外，汉堡市也采取资助用户车价的25%来鼓励用户购买电动汽车。德国政府指定奔驰汽车公司和大众合资建立的德国汽车工业有限公司的科技开发机构，1992年德国政府拨款2200万马克，在吕根(Rugen)岛建立欧洲EV试验基地，组织了四大公司62辆各类电动车在吕根半岛城运行试验，对64辆电动汽车和电动汽车的系统工程进行长达4年的大规模试验，并有很多国家和城市都派有EV参加吕根岛的实验。1994年展示出了19种轿车，13种面包车，4种大客车，都进入了实用阶段。20世纪70年代末期，德国戴姆勒奔驰汽车公司生产了一批LE306电动汽车，采用铅酸电池。20世纪80年代初期，德国奔驰汽车公司生产了电动大客车，也生产了商用电动汽车，奔驰公司还宣布投资4.7亿美元研究开发燃料电池，计划2005年实现产业化。欧宝公司在1972年开始研制新型电动汽车。1981年与BBC公司(现在的ABB公司)合作研制了电动轿车。1.3.4 国内发展概况 我国目前也非常重视混合动力电动汽车的研究与开发，一些单位的起步研究工作正在展开，国家科技部已将其作为“十五”863 重大专项的内容。我国有关电动汽车的研制开始于20世纪90年代。从1996 年开始，广东省科委统一协调组织研制电动汽车，并取得了可喜的进展。清华大学研制了电动中型客车。中国远望(集团)总公司与北京理工大学、国防科技大学和河北胜利客车厂等单位联合，于1996 年3月研制成功了51 座YW6120 型电动大客车。在此基础上，我国混合动力电动汽车的研制也有了一定的进展。1998 年，清华大学与厦门金龙公司合作研制了混合动力电动客车；同年，江苏理工大学承担了江苏省科委下达的重点工业科技攻关项目混合动力电动公交轻型客车ZJK 6700HEV 串联式混合动力的研制，目前样车的研制工作已经结束。一汽在2001 年4 月19 日闭幕的第3 届北京国际清洁车展上推出一款混合动力电动轿车红旗CA7180AE。该轿车是由一汽研究所、美国电动车亚洲7公司、汕头国家电动汽车试验示范区三方共同合作完成的，属串联式结构的中高档车型。清华大学与沈阳金杯客车制造有限公司在2001 年3月签订了“SY6480 混合动力电动客车的研制与开发”合作项目的合同。深圳明华环保汽车有限公司于2001 年4月推出了混合动力电动环保汽车MH6720，引起社会各界关注; 该车采用的是并联式混合动力系统，发动机为87kw ；电机为312V、充电次数大于500 次；异步交流电机平均功率为36kW; 满载最高车速 为90 km/h; 最大爬坡度为33; 续驶行程可达1080 km，纯电机驱动时为100km；百公里等速油耗7.69L; 乘客数为22; 其尾气排放达欧洲标准，噪声指标也大大低于国产普通中巴车。东风汽车公司承接“863”混合动力研制项目现已完成, 并已于最近推出混合动力电动客车样车，整车性能良好。我国通过国家“八五”、“九五”甚至“十五”电动汽车的科技攻关，在HEV方面已经积累了一定的技术基础和经验1.4 混合动力汽车原理1.4.1混合动力汽车原理混合动力电动汽车（Hybrd Electric Vehicle,简称HEV）采用了两种动力装置（内燃机和电动机），通过储能装置（蓄电池等）和控制系统对能量的调节，实现最佳的能量分配，达到整车的低排放、低油耗和高性能。HEV融合了燃油汽车和电动汽车的优点，是最具有市场价值的低排放和低油耗汽车。混合动力电动汽车有两个动力源，当汽车爬坡或加速时，两个动力源联合输出动力，蓄电池输出的电能通过电机进行助力；当汽车在下坡或制动时，发电机发电可以对再生或制动能量进行回收，以电能形式储存在蓄电池中；当汽车较长时间怠速停车时，可以通过控制发动机熄火，实现怠速启停，节省燃油。由于辅助动力的助力作用，在保证汽车相同的动力性能条件下，可以相应减小混合动力汽车发动机的功率及排量需求，减少了汽车燃油消耗；同时通过再生及制动能量的回收，以及避免汽车在油耗较高的怠速工况区运行（怠速启停），进一步减少了汽车燃油消耗；混合动力电动汽车通过控制辅助动力的功率及扭矩输出的大小，可以优化控制发动机的工作点，使整车的废气排放得到显著的改善。因此混合动力电动汽车既具有良好的动力性、经济性。也有较低的废气排放水平。1.4.2混合动力装置原理HEV（Hybrid-ElectricVehicle）混合动力装置。混合动力就是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式，优点在于车辆启动停止时，只靠发电机带动，不达到一定速度，发动机就不工作，因此，便能使发动机一直保持在最佳工况状态，动力性好，排放量很低，而且电能的来源都是发动机，只需加油即可。混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。经过十多年的发展，混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机电机和变速箱一体化结构发展，即集成化混合动力总成系统。 混合动力总成以动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式等三种。串联式动力：串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之间用串联方式组成SHEV动力单元系统，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处于启动、加速、爬坡工况时，发动机、电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电。串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。但是它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。并联式动力：并联式装置的发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套系统，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传统的汽车驱动系统，机械效率损耗与普通汽车差不多，得到比较广泛的应用。混联式动力：混联式装置包含了串联式和并联式的特点。动力系统包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种。以发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；以电机为主的形式中，发动机作为辅助动力源，电机为主动力源。该结构的优点是控制方便，缺点是结构比较复杂。丰田的Prius属于以电机为主的形式。1.5 汽车传动系统的发展历程汽车从诞生到现在动力传动系统经历了巨大的变化。19世纪末普遍采用的是链传动；到20世纪初把变速箱和差速器连接在一起，再用链条驱动车轮；而到现在在多数汽车上已经发展到自动变速器、无级变速器、电传动系统、静液传动系统、液机联合传动系统等新型传动系统。从轮式车辆的总体上看，随着车辆种类日渐增多，功率日渐增大。传动系统从40年代起，在液力自动变速器方面的发展较大，传动原理上的根本变化不大。但机构的改进发展和总体布局变化则日益增多。从发展上看，这些新型的传动系统存在非常大的发展空间。在今后一段时间内会完全替代现在的纯机械传动系统，这将会使汽车的乘用舒适性、动力性、经济性等得到很大的提高。1.6 行星齿轮的发展与研究现代设备要求齿轮传动应具有高可靠性与效率、大传递功率与传动比范围， 结构紧凑 重量轻和良好的动态特性与工艺性等。硬齿面磨削的齿轮在传递同样功率的条件下，可使传动的尺寸和重量至少减少一半以上。而在空间尺寸最小的条件下，获得大传动比的有效方法是应用行星齿轮传动，空间利用率可达9O 以上。目前，国内外的减速机构种类繁多，行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较，具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点，这些已被我国越来越多的机械工程技术人员所了解和重视。由于在各种类型的行星齿轮传动中均有效的利用了功率分流性和输入、输出的同轴性以及合理的采用了内啮合，才使得其具有了上述的许多独特的优点。行星齿轮传动不仅适用于高速、大功率而且可用于低速、大转矩的机械传动装置上。它可以用作减速、增速和变速传动，运动的合成和分解，以及其特殊的应用中：这些功用对于现代机械传动发展具有重要的意义。因此，行星齿轮传动在起重运输、工程机械、冶金矿山、建筑机械、轻工纺织、医疗机械、仪器仪表、汽车、船舶、兵器和航空航天等工业部门均获得了广泛的应用。少齿差行星齿轮传动是行星齿轮传动中的一种。由一个外齿轮与一个内齿轮组成一对内啮合齿轮副。它采用的是渐开线齿形，内外齿轮的齿数相差很小，简称为少齿差传动。一般所讲的少齿差行星齿轮传动是专指渐开线少齿差行星齿轮传动而言的。少齿差行星齿轮减速器具有结构紧凑、体积小、重量轻、传动平稳、效率高、传动比范围大等优点。20世纪60年代以后，随着电子计算机的普及运用，渐开线少齿差传动才得到了迅速的发展，目前有柱销式零齿差十字滑块、浮动盘等多种传动形式。本减速器属于K-H-V型。可以实现很大传动比，且接触齿数多，采用短齿制，浮动盘式，凸凹齿相啮合，故轮齿强度高。但齿轮要修正，要注意齿面干涉，工作中转臂轴承受力较大。该传动形式的优越性有如下几点：1、结构紧凑、体积小、重量轻 由于采用内啮合行星传动，所以结构紧凑；当传动比相等时，与同功率的普通圆柱齿轮减速器相比，体积和重量均可减少三分之一至三分之二。2、传动传动比大，范围广一齿差渐开线行星齿轮传动的传动比很大，一级可达到一百多。3、传递功率大高传动中效率可达90%以上。当传动比为 10200时，效率为 8094。 4、运转平稳、噪音小、承载能力大 由于式内啮合传动，两啮合齿轮一位凹齿，一为凸齿，两齿的曲率中心在同一方向。曲率半径接近相等，因此接触面积大，使轮齿的接触强度大为提高，又采用短齿制，轮齿的弯曲强度也提高了。此外，少齿差传动时，不是一对轮齿啮合，而是39对轮齿同时接触受力，所以运转平稳，噪音小，并且在相同模数的情况下，其传递力矩臂普通圆周齿轮减速器大。5、工艺简便，结构形式多样，应用范围广由于其输入轴与输出轴可在同一轴线上，也可以不在同一轴线上，所以能适应各种机械的需要。 第二章 传动系统的概述及其方案的确定2.1 行星齿轮变速器的原理和功用五前一倒三行星排传动系统，即行星齿轮变速器，由行星齿轮机构和换档操纵机构两部分组成。行星齿轮机构作用：改变传动比和转动方向，即构成不同档位。换档操纵机构作用：实现档位的变换。2.2 行星齿轮机构的简介行星齿轮机构的类型：最简单的行星齿轮机构由一个太阳轮、一个内齿圈、一个行星架及若干个行星齿轮组成，一般称为单排行星齿轮机构。如图2-1 图2-1 单排行星齿轮机构 多排行星齿轮机构是由几个单排行星齿轮机构组成（如图2-2）。多排行星齿轮机构可以比单排行星齿轮机构得到更多的档位，故本设计即采用三行星排。用行星齿轮机构作为变速机构，由于有多个行星齿轮同时工作，且利用内啮合方式，故与普通齿轮变器机构相比，在传递同样大小功率的情况下，可减少变速器的尺寸和重量，能实现同向、同轴减速传动。由于采用常啮合传动，可使动力不间断。2.3 换档执行机构的简介行星齿轮变速器的换档执行机构主要由离合器（如图2-3）、制动器、和单向离合器等三种执行元件构成。离合器和制动器是以液压方式控制行星齿轮机构元件的旋转，而单向离合器则以机械方式对行星齿轮机构的元件进行锁止。离合器的作用：连接轴和行星齿轮机构的旋转元件。制动器的作用：固定行星齿轮机构中的基本元件，阻止其旋转。2.4 行星齿轮变速器的基本工作原理行星齿轮与操纵执行机构结合，构成了具有不同档位的行星齿轮变速器，即在输入转速、转矩相同的条件下，可以通过行星齿轮变速器的档位变换，得到不同的输出转速和转矩。（如图2-4、2-5）图2-3 离合器图2-4 原理简图图2-5 原理实物图图2-2 多排行星齿轮机构第三章 行星齿轮变速器传动比的确定3.1 行星齿轮变速器传动比方案的确定 如图3-1 所示，我们逐个分析传动比方案，为总方案的确定提供依据。图3-1 传动比方案a) 行星架制动，太阳轮输入，齿圈输出；b）行星架制动，齿圈输入，太阳轮输出；c）齿圈制动，行星架输入，太阳轮输出；d）太阳轮制动，行星架输入，齿圈输出；e）太阳轮制动，齿圈输入，行星架输出；f）齿圈制动，太阳轮输入，行星架输出。3.2 传动比计算 1-制动器 2-离合器3-离合器4-制动器5-制动器 图32 设计简图功能表：挡次换挡执行元件状态实现传动比123451OO6.5252OO3.10343OO2.31524OO1.505OO1.00-1OO-10.050O0注：O-表示结合或制动挡次1的传动比： ， ， 故 挡次2的传动比： ， ， 故 挡次3的传动比： ，联立，得挡次4的传动比： ，挡次5的传动比：太阳轮、齿圈、行星架中的任意两个锁定在一起，这时各齿轮之间都不会有转动，整个行星轮系将作速体转动，即倒挡-1的传动比： ， ，所以空挡0的传动比：太阳轮、齿圈、行星架都不制动，也无两个互相锁定，这时，太阳轮、齿圈、行星架均可自由转动。输入轴转动时，输出轴可以不转动，这种情况下行星齿轮不传递动力，实现空挡，即。第四章 行星排的设计4.1 K1行星排的设计4.1.1 齿数选择： 4.1.2 材料选择及热处理方法：（1） 齿轮3与齿轮2：用20CrMnTi，渗碳后淬火5862HRC。，（2） 齿轮1：35CrMoV，调质，250280HBS4.1.3 齿轮2-3按接触强度计算：按公式： （41）(1) 齿轮副配对材料对传动尺寸的影响系数按表2-28，取=1(2) 计算(3) 按K=1.2-2，取K=1.4(4)(5) 计算齿宽系数，因，取。故（6）计算（7）初定中心距：（8）计算模数：取标准值m=3mm（9）中心距4.1.4 K1传动系主要尺寸：（3） 太阳轮3的主要尺寸：（4） 行星轮2的主要尺寸：（5） 齿轮1 的主要尺寸：4.1.5 验算K1行星传动排的接触强度(1) 圆柱齿轮接触应力计算公式： （42）计算接触应力的基本值 （43）式中：“+”用于外啮合传动，“-”用于内啮合传动。（2）计算 (3) 确定公式中的参数：由机械设计：表10-2，查得：； 图10-8查得：； 表10-4，查得：， （4）确定参数 查得：=2.5 =189.8 =0.98 =1.0（5）计算 将以上各数值代人接触应力计算公式中，得： 又 所以, 故合格。4.1.6 齿轮抗弯强度校核 （1）齿根应力计算公式： （44） 式中：齿根应力的基本值 查得：, , , , 代入公式得： （2）验算： ， 故合格。4.2 K2行星排的设计4.2.1 齿数选择： 取4.2.2 材料选择及热处理方式：(1) 太阳轮与行星轮： 20CrMnTi，渗碳后淬火5862HRC ， （2）内齿圈：35CrMoV，调质，250280HBS4.2.3 ac齿轮按接触强度初步计算 按（41）公式：（1）齿轮副配对材料对传动尺寸的影响系数按表2-28取=1（2）（3）K=1.22，取K=1.4（4）（5）计算齿宽系数： ， 式中取（6）计算（7）初定中心距： （8）计算模数m 取标准值m=4（9）中心距：(10) 太阳轮a的主要尺寸： （11）行星轮c的主要尺寸： (12) 内齿圈b的主要尺寸： 4.2.4 验算a-c齿轮传动的接触强度：（1）圆柱齿轮接触应力计算公式为（2）计算（3）确定参数： 由机械设计：表10-2 查得；图10-8 查得 表10-4 查得 区域系数， ， 重合度系数 （4）代入公式 得。 又 ， 故合格。4.2.5 齿轮抗弯强度校核（1）齿根应力计算公式为 由于行星轮c受对称循环的弯曲应力，其承载能力较低，应按该齿轮计算。根据机械设计查得 , , , , 将相关数据代入公式 得（2）验算： ， 故合格。4.2.6 b-c齿轮传动的接触强度和抗弯强度的校核由于b-c齿轮是内啮合齿轮传动，承载能力高于外啮合传动，故不再进行验算。4.3 K3行星排的设计我们参照K2行星排，取模数m=4mm。 ，故： ， ，齿轮8因为齿数少于17，故需要变位。其变位系数。4.4 太阳轮、行星轮和行星架的结构设计4.4.1 太阳轮的结构：设计行星传动时，太阳轮的结构取决于所采用的均载机构。当太阳轮不动时，它可简支安装或悬臂安装。在本设计中，根据太阳轮尺寸的大小，我们做成了齿轮轴（如图4-1）。图4-1 齿轮轴4.4.2 行星轮及行星架的结构： 行星轮和行星架是行星传动中结构较复杂的一个重要零件。行星架可分为双臂整体式、双臂分离式和单臂式三种。可采用铸造、锻造和焊接式等方法制造毛坯。双臂整体式行星架（如图4-2）的结构刚性比较好。双臂分离式行星架（如图4-3）的结构较复杂，刚性较差。单臂式行星架（如图4-4），结构简单，装配方便，轴向尺寸小。本次设计部分即采用这种结构。图4-2 双臂整体式行星架图4-3 双臂分离式行星架 图4-4 单臂式行星架第五章 轴和轴承的设计5.1 轴的设计及检验 已知： r/min Kw（1）根据表9-16，选取45号钢（调质处理）的及，取=35 MPa，=110（2）圆周力径向力（3）根据轴受力情况，按弯扭强度条件计算： 考虑到轴与联轴器有键连结，故轴径可增加5%，即（4）按弯扭合成强度理论校核轴的强度 1) 水平支反力： 垂直支反力： 2）计算弯矩 水平弯矩： C点左侧 C点右侧 垂直弯矩： C点左侧 C点右侧 3) 求合成弯矩 C点左侧： C点右侧： 4) 求扭矩C点左侧： C点右侧：5）求合成弯扭矩 该轴为单向工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取，则 C点左侧： C点右侧：6）按弯扭合成强度理论校核轴的强度 校核剖面C处强度： 根据表9-15，查得45号钢的 ，因此，故合格。7）应力图见图5-1(5) 轴的刚度校核： 阶梯轴 取 ，所以 ，故合格。（6）轴的设计如图5-2图5-1 轴的应力图图5-2 轴的设计图5.2 轴承校核已知： ， ， r/min ，初选6310型轴承。查附表9-1可知深沟球轴承6310的基本额定动载荷 ，由表9-9得e=0.23（插值法求得）。又，故取X=0.56，Y=1.9（插值法求得）。由表9-8，取载荷系数 。所以 验算轴承寿命： 即，该轴承可以使用3年（按平均每天工作8小时，每年工作300天算）。第六章 离合器与制动器的设计 离合器与制动器是行星齿轮变速器必不可少的元件。6.1 离合器的设计 离合器的作用：连接行星排二元件成为一体，采用的是多片湿式结构。通常有离合器鼓、活塞、回位弹簧、钢片与摩擦片组、离合器毂及密封圈组成。特点：径向尺寸小，结合柔和，能获得较大的摩擦面积，所以能传递较大的转矩。改变离合器片数的多少，即可改变传递转矩的大小。离合器钢片有钢板冲压而成，靠外齿与离合器鼓连接，可轴向移动。离合器摩擦片通常靠内齿与离合器毂连接。离合器摩擦片分为钢片与摩擦材料两部分。其摩擦材料以纸基摩擦材料为主，以石棉、碳、纤维素等纤维或棉、木材、合成纤维作为母体材料，添加无机、有机的高摩擦性材料，搅拌后，浸渍酚醛树脂硬化而成。然后将其粘在钢板上，厚度位0.380.76mm。这种材料特点是多孔，网状，具有弹性，摩擦系数高，高压、高温、高圆周速度时稳定性好。离合器片每片厚1.52mm，平均每片间的间隙为0.30.5mm，总间隙因片数不同而异，一般为25mm。离合器接合：当压力油经过油道进入活塞缸时，油压克服弹簧力推动活塞,将所有主、从动件依次压紧，即钢片与摩擦片在摩擦力的作用下一同旋转。离合器接合，动力从输入轴经离合器传到输出轴。离合器分离：当油压撤除后，活塞在回位弹簧作用下回位。离合器分离，切断输入轴至输出轴的动力传递。离合器单向阀的作用：离合器液压缸内的离心油压，在接合时影响压紧力和储备系数，分离时影响彻底分离。为防止上述现象，设置单向阀，当压力油经油道进入活塞游腔时，单向阀的钢球在油压作用下封闭活塞上的排油孔，使工作油液不能从活塞缸内排出，这时油压推动活塞克服弹簧张力，使离合器接合。当油压撤除后，单向阀的钢球在离心力作用下离开球座，开启泄油孔，使离心油得以释放，保证离合器彻底分离。1-钢片、摩擦片组 2-回位弹簧 3-离合器毂 4-密封圈 5-离合器鼓 6-活塞 7-单向阀 8密封圈图61 离合器简图6.2 制动器的设计带式制动器平顺性差，衬片磨损不均。故近年来湿式多片制动器应用较多。湿式多片制动器在工作原理上，它与湿式多片离合器结构类似，仅钢片固定不动。其摩擦面积大，转矩容量大，且反作用元件不产生径向集中反力，并易于通过增减摩擦片数来实现系列化。图62所示为常见液压制动器。图62 液压制动器的一种 第七章 主要零件的工艺设计7.1 太阳轮和行星轮的加工工艺7.1.1 工艺过程： 锻造退火粗车预备热处理（正火）半精车粗滚齿倒角 热处理（渗碳淬火）喷丸精车（磨内孔及基准端面）精滚齿磨齿检查钳倒棱7.1.2 关键工序分析：（1）滚齿及磨齿余量对于的太阳轮，粗滚齿后留出磨齿所需余量，热处理后可直接进行磨齿。对于的太阳轮，为了减少磨齿余量，提高磨齿效率，磨齿前可以采用硬质合金滚刀进行半精加工。（2）喷丸硬齿面的承载能力往往受抗弯疲劳强度的限制，因此关键是如何提高硬齿面的齿根抗弯疲劳强度。对齿轮进行喷丸处理，可以使齿根圆角处表面产生较大的残余压应力，另一方面使加工刀痕或热处理表面缺陷压平碾实，从而提高齿轮的弯曲疲劳强度。尤其是对于渗碳淬火齿轮齿根角处磨前滚齿留有刀痕时，受载时间比较大（循环次数大于）效果更为显著。根据资料介绍，疲劳寿命可以成倍或几倍地提高。7.2 内齿圈加工工艺7.2.1 工艺工程： 锻造退火粗车热处理（调质）精车插齿钳7.2.2 工艺分析：（1）减小变形内齿圈的结构特点多为薄壁筒形零件，刚性较差，容易变形。毛坯有锻件和铸件两件。为了提高其力学性能和减少加工中的变形，一般精加工后都要进行调质处理。内齿圈的精车要特别注意装夹，夹紧力适当防止变形。同时要保证插齿基面和内齿圈中心线垂直，以减少齿向误差和插齿时装夹找正时间。（2）插齿插齿时内齿圈加工的主要工序，最难控制的是公法线变动量容易超差，这是由于插齿刀的制造误差，安装误差，机床传动链中蜗轮副的转角误差，工件的安装误差，主轴的径向跳动等，都对齿轮的公法线变动量有影响。因此加工时应对各项影响因素加以调整和严格控制。在单件生产时，尽可能选用精度较高的插齿刀，并仔细安装，使径向摆动和端面跳动控制在最小范围内，从而减少公法线变动量。找正要求：1）找正机床主轴，径向和端面跳动不大于0.02mm2）找正插齿刀台，径向和端面跳动要求见表613）找正齿顶圆及基准端面表71 插齿刀安装精度要求 （）齿轮精度插齿刀公称分度圆直径/mm允许最大端面跳动允许最大径向跳动675101010012515101602002015 （3）插齿刀的选用 按内齿圈齿面硬度选择不同材料的插齿刀，内齿圈的硬度不超过280HBS时，可采用普通高速钢插齿刀插齿；硬度超过280HBS低于340HBS采用铝高速钢插齿刀或涂层插齿刀精插齿，钴高速插齿刀精插齿。第八章 辅助系统设计8.1 控制系统设计我们采用液压控制方式。该控制系统由动力源、执行机构和控制机构三个部分组成。动力源是由液力变矩器泵轮驱动的油泵，它除了向控制机构、执行机构供给压力油以实现换档外，还给液力变矩器提供冷却补偿油，向行星齿轮变速器供给润滑油。执行机构包括离合器、制动器和液压缸。控制机构大体包括主油路系统、换档信号系统、换档阀系统和缓冲安全系统。换档阀是一种由液压控制的2位换向阀。它有两个工作位置，可以实现升档或降档的目的。换档阀的位置取决于两端控制压力的大小。当右端的速控阀油压低于左端的节气门阀油压和弹簧作用力之和时，换档阀保持在右端；当右端的速控阀油压高于左端的节气门阀油压和弹簧作用力之和时，换档阀改变方向时，主油路的方向发生变化，以实现不同的档位。如图71所示：1换挡阀；2弹簧；3主油路进油孔4至低挡换挡执行元件；5至高挡换挡执行元件6、7泄油口；P1速控阀油压P2节气门阀油压；F弹簧力图81 换档阀工作原理示意图 图中当换档阀从左端移至右端时，自动变速器升高1个档位；反之则降低1个档位。8.2 润滑系统设计润滑目的：减少摩擦，防止磨损；冷却作用，抑制摩擦热的产生及散发所产生的热度；洗净作用，清除杂质、污垢；防锈作用，防止金属表面生锈及腐蚀；应力分散作用，在接触面上形成油膜，分散应力；密封防尘作用，防止漏气、漏水，防止尘埃入侵。润滑方法:(1) 飞溅润滑零件在高速旋转时的飞溅作用，把连杆大端两侧溢出、刮油环刮落和冷却活塞后掉下来的滑油溅到某些摩擦部位。一般用于油道输送难以达到或承受负荷不大的摩擦部位，如气缸套、凸轮、齿轮等。本设计多处采用这种方法。（2）压力润滑用润滑油泵把滑油强压循环输送到所需的润滑部位。适用于负荷较大的摩擦部位，如各个轴承和轴套等处。压力润滑的优点是：能保证滑油连续循环供应，使摩擦件的工作安全可靠，并有强烈的清洗作用，可通过润滑系统的压力表和温度计掌握控制润滑情况，便于实现自动控制，可使用粘度较低的滑油，使用期长，耗量少。因此压力润滑应用最广泛。本设计大部分即采用压力润滑。 结 论本文在利用文献的基础上，对混合动力汽车行星齿轮箱的分类方法进行了简要介绍，并着重分析了各类混合动力汽车的结构型式和特点，详尽研究了混合动力汽车动力行星齿轮箱的设计方法，并对混合动力汽车行星齿轮箱进行了实力设计，得到以下几点结论：1. 不同型式的混合动力汽车的结构特点、技术性能差异很大，相应的技术制造水平、设计难度等要求也不同。混合动力汽车更适于城市用车，对此，必须对其的开发、研究加以重视。2.混合动力汽车的操